DE102020200794A1

DE102020200794A1 - Lade- und Heizschaltung sowie Fahrzeugbordnetz mit einer Lade- und Heizschaltung

Info

Publication number: DE102020200794A1
Application number: DE102020200794.2A
Authority: DE
Inventors: Franz Pfeilschifter; Martin Götzenberger
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2040-01-24
Also published as: US20230096572A1; CN114938699A; DE102020200794B4; KR20220124798A; WO2021148424A1

Abstract

Eine Lade- und Heizschaltung (LS) ist mit einem Wechselspannungsanschluss (WA), einem Gleichspannungsanschluss (GA) und einem Gleichrichter (HB1 - HB3, DH) ausgestattet. Der Gleichrichter (HB1 - HB3, DH) ist zwischen dem Wechselspannungsanschluss (WA) und dem Gleichspannungsanschluss (GA) angeschlossen. Die Lade- und Heizschaltung (LS) weist ferner eine Heizwiderstand (H1 - H7) auf, der mit dem Gleichrichter verbunden ist und dadurch der Gleichrichter eingerichtet ist, den Heizwiderstand (H1 - H7) mit Strom zu versorgen.Ferner ist Fahrzeugbordnetz beschrieben, das neben einem Akkumulator diese Lade- und Heizschaltung (LS) aufweist.

Description

Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge weisen einen Energiespeicher auf, der die elektrische Energie zum Fahren bereithält. Um diese Batterie von außen laden zu können, bestehen Ladeschaltungen, um den Leistungsfluss beim Laden zu steuern, eine passende Ladespannung oder einen passenden Ladestrom einzustellen oder auch, um eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln, mit der die Batterie geladen werden kann. Aufgrund der hohen Ladeleistung sind hierzu kostenintensive Leistungsschaltungen und Leistungsbauelemente notwendig.
Die Batterie muss nicht nur einen elektrischen Antrieb unterstützen, sondern dient auch vielen Nebenverbrauchern als Spannungsversorgung. Beispielsweise induktive Lasten wie Pumpen oder auch ohmsche Lasten wie Beleuchtung oder elektrische Heizung (des Innenraums, eines Antrieb-Kühlkreislaufs oder eines Katalysators) werden von der Batterie versorgt. Auch hier ist es erforderlich, den Strom, der von der Batterie an die Nebenverbraucher fließt, einstellen zu können, wobei auch ggf. zusätzlich die Batteriespannung durch Spannungswandlung angepasst werden muss. Da auch diese Nebenverbraucher nennenswerte Leistungen aufweisen, müssen auch hier Leistungsschaltungen zum Einstellen der Leistung bzw. des Stroms der Nebenverbraucher vorgesehen werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Funktion des Ladens und des gesteuerten Versorgens von Nebenverbrauchern kostengünstig zu realisieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lade- und Heizschaltung und durch das Fahrzeugbordnetz gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Figur.
Es wird eine Lade- und Heizschaltung vorgeschlagen, bei der ein Gleichrichter zwischen einem Wechselspannungsanschluss und einem Gleichspannungsanschluss die Verwendung von Wechselspannung als Eingangsspannung erlaubt, um über den Gleichspannungsanschluss eine Batterie zu laden. Gleichzeitig realisiert diese Schaltung auch die Funktion des gesteuerten Versorgens eines Nebenverbrauchers, nämlich eines Heizwiderstands, der mit dem Gleichrichter verbunden ist. Dadurch ist der Gleichrichter eingerichtet, den Heizwiderstand gesteuert mit Strom zu versorgen. Der Gleichrichter ist vorzugsweise ein gesteuerter Gleichrichter, der zum Laden betreffende Schaltelemente oder Halbbrücken ansteuert, um die am Wechselspannungsanschluss anliegende Wechselspannung gleichzurichten und um die (gleichgerichtete) Spannung am Gleichspannungsanschluss einzustellen, wobei mindestens eines dieser Elemente auch verwendet wird, um den Heizwiderstand gesteuert mit Strom zu versorgen. Mindestens eine der Halbbrücken oder dort befindlichen Schalter wird somit nicht nur zum Laden verwendet (das heißt zum Gleichrichten), sondern auch zum Einstellen der Leistung, die dem Heizwiderstand zugeführt wird, insbesondere indem das betreffende Bauelement beispielsweise pulswellenmoduliert geschaltet wird.
Die hier vorgeschlagene Lade- und Heizschaltung ist Teil eines Fahrzeugbordnetzes bzw. in einem Fahrzeug vorgesehen. Der Wechselspannungsanschluss ist insbesondere dreiphasig, kann jedoch auch einphasig ausgebildet sein. Der Wechselspannungsanschluss kann als standardisierte Ladebuchse ausgebildet sein oder ein Verbindungselement aufweisen, das eingerichtet ist, mit einer standardisierten Ladebuchse verbunden zu werden. Als Ladebuchse wird hierbei allgemein ein Ladeanschluss bezeichnet, der insbesondere gemäß einem Standard zum kabelgebundenen Laden für Fahrzeuge ausgebildet ist.
Die hier dargestellte Schaltung ist vorzugsweise für einen Hochvoltbereich ausgebildet, das heißt für eine Betriebsspannung von mindestens 200, 400 oder 800 Volt. Die Schaltung ist ferner für eine Nennleistung von mindestens 1 kW, 5 kW, 10 kW oder 20 kW ausgebildet. Der Gleichrichter kann insbesondere eine Nennleistung von mindestens 3, 10 oder 20 kW aufweisen. Der Heizwiderstand kann ein Leistungswiderstand mit einer Nennleistung von mindestens 500 W, 1 kW, 2 kW, 5 kW oder 10 kW sein. Der Gleichrichter ist insbesondere ein Halbleiter-Gleichrichter. Der Gleichrichter ist vorzugsweise ein Vollwellengleichrichter und ist insbesondere mehrphasig ausgebildet. Der Gleichrichter kann als B6C-Brücke ausgebildet sein oder eine derartige Brücke aufweisen. Der Heizwiderstand ist mit mindestens einem Anschluss mit dem Gleichrichter verbunden, insbesondere mit einem Potential des Ausgangs, des Eingangs oder mit einem Verbindungspunkt (zwischen zwei Schaltelementen) einer Halbbrücke des Gleichrichters.
Eine Möglichkeit ist es, dass der Heizwiderstand an einem Eingang des Gleichrichters angeschlossen ist. Dieser Eingang ist vorzugsweise mit dem Wechselspannungsanschluss verbunden, entweder direkt oder indirekt (etwa über eine Induktivität). Eine weiter Möglichkeit ist es, dass der Heizwiderstand an einem Ausgang des Gleichrichters angeschlossen ist. Dieser Ausgang ist vorzugsweise mit dem Gleichspannungsanschluss verbunden. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Heizwiderstand einen Eingang des Gleichrichters und einen Ausgang des Gleichrichters verbindet, insbesondere einen direkt mit dem Wechselspannungsanschluss verbundenen Eingang, oder eine zum Eingang führende Induktivität, mit dem Ausgang, das heißt einem Potential des Gleichspannungsanschlusses oder mit einer Schaltung, die am Ausgang des Gleichrichters vorgesehen ist, beispielsweise eine Konfigurationsschaltung. Hierbei ist der Heizwiderstand vorzugsweise direkt angeschlossen, das heißt nicht über eine Induktivität oder einen Widerstand.
Vorzugsweise ist der Heizwiderstand über einen Schalter mit dem Gleichrichter verbunden. Der Schalter kann ein elektromechanischer Schalter sein, oder ein Halbleiterschalter. Insbesondere kann der Schalter ein Schaltelement eines Gleichspannungswandlers sein, dessen Arbeitsinduktivität von einer Induktivität gebildet wird, mittels der der Wechselspannungsanschluss mit dem Gleichrichter bzw. mit dessen Eingang verbunden ist. Dadurch kann der Schalter zum Einen zur einfachen Deaktivierung oder Aktivierung des Heizwiderstands verwendet werden und kann zum anderen gemäß einer Pulsweitenmodulation eine gewünschte Leistung einstellen, oder kann auch zur Spannungswandlung beitragen, die beispielsweise zwischen dem Wechselspannungsanschluss und dem Gleichrichter stattfinden kann.
Der Heizwiderstand kann zwischen verschiedenen Phasen des Wechselspannungsanschlusses angeschlossen sein. Hierbei ist der Wechselspannungsanschluss und auch der Gleichrichter mehrphasig, insbesondere dreiphasig. Ferner kann der Heizwiderstand zwischen einer Phase des Wechselspannungsanschlusses und einem Neutralleiter des Wechselspannungsanschlusses angeschlossen sein. Hierbei kann der Wechselspannungsanschluss einphasig oder dreiphasig ausgebildet sein. Zudem kann der Heizwiderstand zwischen einer Phase des Wechselspannungsanschlusses und dem Gleichspannungsanschluss angeschlossen sein. Hierbei kann der Heizwiderstand zwischen der Phase und dem Gleichspannungsanschluss direkt angeschlossen sein, oder kann zwischen der Phase und einer Schaltung, insbesondere einer Konfigurationsschaltung angeschlossen sein, die sich an dem Gleichspannungsanschluss befindet. Der Heizwiderstand ist insbesondere einphasig ausgebildet bzw. weist zwei einzelne Anschlüsse auf.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass zwischen dem Gleichspannungsanschluss und dem Gleichrichter zwei Kondensatoren und eine Konfigurationsschaltung vorgesehen ist. Die Kondensatoren und die Konfigurationsschaltung können an dem Gleichspannungsanschluss parallel angeschlossen sein, insbesondere eine Stromschiene, die den Gleichrichter mit dem Gleichspannungsanschluss verbindet. Die Konfigurationsschaltung ist eingerichtet, die Kondensatoren wahlweise parallel oder seriell miteinander zu verbinden. In derartigen Ausführungsformen kann der Heizwiderstand zwischen einer Wechselspannungsphase einer Halbbrücke des Gleichrichters und einem Konfigurationsschalter der Konfigurationsschaltung angeschlossen sein. Die Wechselspannungsphase wird gebildet von dem Verbindungspunkt der Schaltelemente, die die Halbbrücke ausbilden. Eine derartige Wechselspannungsphase kann direkt mit einer Phase des Wechselspannungsanschlusses verbunden sein, oder kann über eine Induktivität mit dieser verbunden sein. Ferner kann der Heizwiderstand direkt oder über einen Auswahlschalter mit einem Konfigurationsschalter der Konfigurationsschaltung angeschlossen sein. Ein derartiger Konfigurationsschalter verbindet die Kondensatoren schaltbar miteinander. Der Heizwiderstand verbindet diese Konfigurationsschaltung bzw. den betreffenden Konfigurationsschalter mit einer Phase des Wechselspannungsanschlusses.
Die Konfigurationsschaltung kann einen ersten Konfigurationsschalter umfassen, der ein erstes Potential des Gleichspannungsanschlusses schaltbar mit einem der Kondensatoren verbindet, so dass dieser Konfigurationsschalter das zweite Potential des Gleichspannungsanschlusses über den Kondensator mit dem ersten Potential verbindet. Ein zweiter Konfigurationsschalter ist vorgesehen, der in invertierter Weise das zweite Potential des Gleichspannungsanschlusses schaltbar über den weiteren Kondensator mit dem ersten Potential verbindet. Diese beiden Konfigurationsschalter verbinden somit die unterschiedlichen Potentiale des Gleichspannungsanschlusses über die verschiedenen Kondensatoren mit dem jeweils anderen Potential des Gleichspannungsanschlusses. Als dritter Konfigurationsschalter wird der eingangs erwähnte Konfigurationsschalter bezeichnet, der die Kondensatoren schaltbar miteinander verbindet. Der dritte Konfigurationsschalter verbindet somit das erste Potential über einen der Kondensatoren mit dem anderen Potential über den anderen Kondensator. Der dritte Konfigurationsschalter ist somit über einen ersten Kondensator mit dem ersten Potential verbunden und über einen zweiten Kondensator mit dem zweiten Potential des Gleichspannungsanschlusses. Der dritte Konfigurationsschalter befindet sich somit in der Mitte zwischen den beiden Kondensatoren, wobei die Kondensatoren in Reihe mit dem dritten Konfigurationsschalter verbunden sind. Der erste Konfigurationsschalter verbindet somit das erste Potential des Gleichspannungsanschlusses mit der Seite des dritten Konfigurationsschalters, die mit dem zweiten Kondensator verbunden ist. Der zweite Konfigurationsschalter verbindet somit das zweite Potential des Gleichspannungsanschlusses mit der Seite des dritten Konfigurationsschalters, die über den ersten Kondensator mit dem ersten Potential des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist. Ist der dritte Konfigurationsschalter geschlossen, dann sind die beiden Kondensatoren in Reihe geschaltet. Ist dieser offen und es sind der erste und der zweite Konfigurationsschalter geschlossen, dann sind die beiden Kondensatoren parallel geschaltet (wobei diese Parallelschalter parallel mit dem Gleichspannungsanschluss verbunden ist). Das Heizelement kann an der Seite des dritten Konfigurationsschalters an die Konfigurationsschaltung angeschlossen sein, die mit dem ersten Kondensator verbunden ist (der zum ersten Potential führt) oder kann mit der Seite des dritten Konfigurationsschalters verbunden sein, die über den zweiten Kondensator mit dem zweiten Potential verbunden ist.
Der Gleichrichter weist mehrere steuerbare Halbbrücken auf. Diese umfassen jeweils zwei Schaltelemente, die vorzugsweise als Transistoren bzw. als Halbleiterschalter ausgebildet sind. Die zwei Schaltelemente der Halbbrücken sind jeweils über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden. Der Verbindungspunkt bildet die Wechselspannungsphase der betreffenden Halbbrücke. Es kann vorgesehen sein, dass zwischen diesen Wechselspannungsphasen bzw. Verbindungspunkten der Halbbrücken und den Phasen des Wechselspannungsanschlusses Seriell-Induktivitäten vorgesehen sind. Diese können als Filter dienen und können insbesondere auch zur Spannungswandlung verwendet werden, insbesondere wenn Schaltelemente der Halbbrücken getaktet arbeiten, um so die Seriell-Induktivität als Arbeitsinduktivität eines Gleichspannungswandlers vorzusehen.
Die Seriell-Induktivitäten können somit Filterinduktivitäten sein, wobei zumindest eine dieser Induktivitäten die zusätzliche Funktion der Arbeitsinduktivität eines Gleichspannungswandlers aufweist, wobei das betreffende Schaltelement des Gleichspannungswandlers von einem Schaltelement der Halbbrücken realisiert wird. Dies ermöglicht die Verwendung von Bauelementen, die zum Laden vorgesehen sind, zur Realisierung einer weiteren Funktion, nämlich der Spannungswandlung (insbesondere Aufwärtswandlung) im Rahmen der gesteuerten Leistungsversorgung des Heizelements.
Die Halbbrücken verbinden eine positive Stromschiene und eine negative Stromschiene. Die positive Stromschiene weist ein erstes Potential auf und die negative Stromschiene weist ein zweites Potential auf. Diese Potentiale sind Potentiale des Gleichspannungsanschlusses. Die positive und die negative Stromschiene führen zu Potentialanschlüssen des Gleichspannungsanschlusses.
Es kann vorgesehen, dass der Gleichrichter eine Diodenbrücke aufweist. Diese verfügt über zwei Dioden, die seriell über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden sind. Der Neutralleiterkontakt des Wechselspannungsanschlusses ist vorzugsweise direkt (d. h. nicht über eine Induktivität) mit dem Verbindungspunkt der Diodenbrücke verbunden.
Es kann eine Steuerung vorgesehen sein, die ansteuernd mit den Halbbrücken verbunden ist. Die Steuerung ist eingerichtet, die Halbbrücken derart anzusteuern, dass diese eine Wechselspannung, die an dem Wechselspannungsanschluss anliegt, gleichrichtet, um sie an den Gleichspannungsanschluss abzugeben. Die Steuerung kann zudem eingerichtet sein, einen Schalter anzusteuern, der über den der Heizwiderstand mit dem Gleichrichter verbunden ist. Die Steuerung kann hierbei eingerichtet sein, in einem Ladezustand die Schaltelemente der Halbbrücke zum gleichrichten anzusteuern, während die Schalter zum Anschluss des Heizwiderstands geöffnet sind. Die Steuerung kann eingerichtet sein, in einem Heizsteuerungszustand, die Schalter der Halbbrücken entweder offen anzusteuern oder gemäß einer vorgegebenen Heizleistung anzusteuern, während der Schalter, der den Heizwiderstand an den Gleichrichter anschließt zeitweise geschlossen ist. Die Steuerung kann eingerichtet sein, gemäß einer Sollheizleistung entweder den Schalter getaktet anzusteuern, über den der Heizwiderstand angeschlossen ist, zumindest ein Schaltelement der Halbbrücken getaktet anzusteuern, um die gewünschte Sollheizleistung zu erzielen, oder beides, wobei die Steuerung beider Schalterkomponenten gemäß einer Sollheizleistung ausgeführt wird. Insbesondere kann die Steuerung eingerichtet sein, ein Schaltelement der Heizbrücken getaktet derart anzusteuern, dass sich zusammen mit der Seriell-Induktivität eine Spannungswandung ergibt, insbesondere eine Aufwärtswandung. Zudem kann der Schalter, über den der Heizwiderstand an den Gleichrichter angeschlossen ist, derart getaktet gesteuert werden (von der Steuerung), dass sich zusammen mit der Seriell-Induktivität eine Gleichspannungswandung ergibt. Die genannten Gleichspannungswandungen können gemäß einer vorgegebenen Sollheizleistung angesteuert werden.
Weiterhin ist ein Fahrzeugbordnetz beschrieben, das eine Lade- und Heizschaltung wie hier beschrieben aufweist. Ferner weist das Fahrzeugbordnetz einen Akkumulator auf, der direkt oder indirekt mit dem Gleichspannungsanschluss der Lade- und Heizschaltung verbunden ist. Der Akkumulator kann direkt, d. h. ohne Spannungswandlung, mit dem Gleichspannungsanschluss verbunden sein, oder kann über mindestens einen Spannungswandler (d. h. indirekt) mit dem Gleichspannungsanschluss der Lade- und Heizschaltung verbunden sein.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Akkumulator des Fahrzeugbordnetzes über zwei Gleichspannungswandler mit dem Gleichspannungsanschluss der Lade- und Heizschaltung verbunden ist. Die Gleichspannungswandler weisen Zwischenkreiskondensatoren auf, die von Kondensatoren der Lade- und Heizschaltung gebildet werden. Die Lade- und Heizschaltung weist somit Kondensatoren auf, die im Rahmen des Fahrzeugbordnetzes Zwischenkreiskondensatoren von Gleichspannungswandlern sind. Vorzugsweise weist hierbei die Lade- und Heizschaltung die hierin beschriebene Konfigurationsschaltung auf. Diese ist eingerichtet, die Zwischenkreiskondensatoren bzw. Eingänge der Gleichspannungswandler auswählbar parallel oder seriell miteinander zu verbinden. Bei einer parallelen Verbindung werden die Eingänge der Gleichspannungswandler parallel verbunden und auch die Zwischenkreiskondensatoren sind parallel geschaltet. Dies ist vorteilhaft bei einer ersten Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss, die kleiner als eine zweite Gleichspannung ist. Bei der zweiten, höheren Gleichspannung sind die Zwischenkreiskondensatoren vorzugsweise seriell miteinander verbunden. Dadurch fällt nur die Hälfte der Spannung am Gleichspannungsanschluss auf jeweils einen der Zwischenkreiskondensatoren ab, so dass diese mit einer geringeren Nennspannung ausgebildet werden müssen (in dem Fall, dass die gesamte Spannung an nur einem Kondensator anliegt). Die Steuerung ist eingerichtet, bei einem einphasigen Betrieb des Gleichrichters die Konfigurationsschaltung derart einzustellen, dass die Zwischenkreiskondensatoren parallel geschaltet sind (wodurch sich eine höhere Kapazität ergibt), und bei einem dreiphasigen Betrieb die Konfigurationsschaltung derart anzusteuern, dass die Zwischenkreiskondensatoren seriell miteinander verbunden sind, um so die aufgrund der höheren Phasenzahl höhere Gleichspannung auf beide Kondensatoren verteilen zu können (gemäß einem Spannungsteiler).
Die hier erwähnte Steuerung ist somit eingerichtet, auch die Konfigurationsschaltung einzustellen, vorzugsweise abhängig von der Anzahl der Phasen der Spannung, die von dem Gleichrichter gleichgerichtet wird. Es kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Halbbrücken dieselbe Spannung erhalten, wobei hierbei jedoch nur von einem einphasigen Betrieb auszugehen ist und somit die gleichgerichtete Spannung genauso hoch ist, wie bei dem Betrieb des Gleichrichters mit nur einer aktiven Halbbrücke. Es können Kombinationsschalter vorgesehen sein, die verschiedene Phasen des Wechselspannungseingangs miteinander verbinden, so dass eine einliegende (einphasige) Spannung auf mehrere Halbbrücken verteilt wird. Es können Trennschalter vorgesehen sein zwischen den Halbbrücken und dem Wechselspannungsanschluss, insbesondere zwischen den Phasenanschlüssen des Wechselspannungsanschlusses und den genannten Kombinationsschaltern.
Die 1 dient zur näheren Erläuterung von Beispielen für eine Lade- und Heizschaltung sowie für ein Fahrzeugbordnetzes, wie es hierin beschrieben ist.
Die 1 zeigt eine Lade- und Heizschaltung LS, die über einen Wechselspannungsanschluss WA verfügt. Dieser ist über Phasen P1 bis P3 mit einer externen dreiphasigen Spannungsquelle SN verbunden. Die Spannungsquelle SN ist in Sternkonfiguration dargestellt, wobei der Sternpunkt über einen Neutralleiter N herausgeführt wird. Der Wechselspannungsanschluss WA umfasst auch einen Neutralleiteranschluss, der mit diesem Neutralleiter der Spannungsquelle SN verbunden ist. Die Spannungsquelle SN kann beispielsweise von einem Wechselspannungsversorgungsnetz gebildet werden.
Die Schaltung LS umfasst ferner einen Gleichspannungsanschluss GA mit einem positiven Potentialanschluss AN+ (entsprechend einem Pluspotential V+) und einem negativen Potentialanschluss AN- (entsprechend einem Minuspotential V-). Der Wechselspannungsanschluss ist über Trennschalter T1 bis T4 (für die drei Phasen einzeln sowie für den Neutralleiteranschluss NK) sowie über Seriell-Induktivitäten L1 bis L3 mit einem Gleichrichter verbunden. Der Gleichrichter weist drei Halbbrücken HB1 bis HB3 auf, die voll schaltbar sind. Die betreffenden Verbindungspunkte innerhalb der Halbbrücken HB1 bis HB3 zwischen den zwei Schaltelementen der Halbbrücken ist über die eine jeweilige Seriell-Induktivität L1 und den Trennschaltern T1 bis T4 mit dem Wechselspannungsanschluss WA verbunden.
Eine Konfigurationsschaltung mit drei Schaltern L1 bis L3 ist mit zwei Kondensatoren C1 und C2 verbunden, um deren Konfiguration (seriell oder parallel) einstellen zu können. Ein erster Schalter S1 der Konfigurationsschaltung ist an das erste Potential AN+ (positives Potential) des Gleichspannungsanschlusses angeschlossen. Ein zweiter Schalter S2 ist an das zweite Potential, d. h. das negative Potential AN- des Gleichspannungsanschlusses GA angeschlossen. Ein erster Kondensator C1 ist direkt mit dem ersten Potential V+ (d.h. mit der ersten Stromschiene) verbunden und über den zweiten Schalter mit dem zweiten Potential V- (d.h. mit der zweiten Stromschiene).
Ein zweiter Kondensator C2 ist mit dem zweiten Potential V- direkt verbunden sowie über den ersten Schalter S1 mit dem ersten Potential V+ (d. h. mit dem positiven Potential). Die beiden Kondensatoren sind somit wechselseitig über die zwei Schalter S1, S2 mit den verschiedenen Potentialen V+, V- verbunden. Ein dritter Schalter S3 verbindet schaltbar die beiden Kondensatoren miteinander (in Reihe). Die Schalter S1 bis S3 erlauben, wählbar eine Parallel- oder eine Seriell-Konfiguration einzustellen. Die Schalter S1 und S2 einerseits und der Schalter S3 andererseits sind wechselseitig geschlossen bzw. geöffnet. Sind die Schalter S1, S2 geschlossen, so ist der Schalter S3 geöffnet. Ist der Schalter S3 geschlossen, so sind die Schalter S1 und S2 geöffnet.
Ferner sind weitere Möglichkeiten des Anschlusses von Heizwiderständen H1 bis H7 dargestellt. Diese können einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander vorgesehen werden.
Eine erste Möglichkeit ist es, ein Heizelement H1 an die Phasen P1 und P2, d. h. an verschiedene Phasen des Wechselspannungsanschlusses WA anzuschließen, insbesondere über einen Schalter H1, über den das Heizelement aktiviert oder deaktiviert werden kann. Hierbei sind das Heizelement H1 und der dazugehörige Schalter A1 nicht direkt, sondern über die Trennschalter T1 und T2 mit den Phasen P1 und P2 des Wechselspannungsanschlusses verbunden. Als weiteres Beispiel für eine derartige Konfiguration dient der Heizwiderstand H2, der zwischen der ersten Phase P1 und der dritten Phase P3 angeschlossen ist. Es ist weiterhin möglich, ein Heizelement an die zweite oder dritte Phase anzuschließen, vorzugsweise über einen zugehörigen Schalter, wobei der zweite Heizwiderstand H2 über einen zugehörigen Schalter A2 an die dritte Phase P3 (über den Trennschalter T3) angeschlossen ist.
Eine weitere Möglichkeit ist der Anschluss eines Heizwiderstands H3 zwischen dem Neutralleiteranschluss NK (über einen Trennschalter T4) des Wechselspannungsanschlusses WA und eine der Phasen, insbesondere der dritten Phase P3, wie hier dargestellt ist. Die Trennschalter T1 bis T3 sind grundsätzlich optional, werden jedoch vorzugsweise implementiert, um eine Abtrennung des Wechselspannungsanschlusses im Fehlerfall zu ermöglichen. Der Heizwiderstand H3 erhält die einfache Effektivspannung der Spannungsquelle SN, während die Heizwiderstände H1 und H2 die verkettete Spannung erhalten.
Eine weitere Möglichkeit ist mit dem Heizwiderstand H4 dargestellt, der zwischen einer Phase des Wechselspannungsanschlusses (hier: die erste Phase P1 und den Gleichspannungsanschluss GA angeschlossen ist, insbesondere einer Stromschiene bzw. einem Potential AN+ des Gleichspannungsanschlusses). Auch der vierte Schalter H4 ist über einen eigenen Schalter A4 angeschlossen und somit schaltbar. Auch die Schalter, über die die Heizwiderstände angeschlossen sind, sind optional.
Die Heizwiderstände H5 und H6 sind (über den dritten Trennschalter T3) zwischen einer Phase (hier: dritte Phase P3) des Wechselspannungsanschlusses und der Konfigurationsschaltung angeschlossen. Hierbei ist der Heizwiderstand H5 zwischen der dritten Phase P3 und einer Seite des dritten Schalters S3 der Konfigurationsschaltung angeschlossen. Mittels der Auswahlschalter W1 und W2 kann ausgewählt werden, ob der Heizwiderstand H5 mit der Seite des dritten Schalters verbunden wird, die über den ersten Kondensator C1 mit dem positiven Potential V+ (entsprechend der ersten Stromschiene AN+) des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, oder über den Wechselschalter W2 und somit über den zweiten Kondensator C2 mit dem negativen Potential V- bzw. AN- des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist. Die Auswahlschalter W1 und W2 sind wechselweise geschlossen, jedoch nie gleichzeitig. Die beiden Schalter könnten jedoch beide geöffnet sein.
Der Heizwiderstand H6 ist nicht über Auswahlschalter W1, W2, sondern direkt (insbesondere nur über den Schalter A6) mit einer spezifischen Seite des Schalters S3 verbunden, nämlich mit der Seite, die über den zweiten Kondensator mit dem negativen Potential V- bzw. AN- des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist. Es ist sogar möglich, dass diese Verbindung nicht auswählbar mit dem ersten Kondensator C1 besteht, welcher den betreffenden Heizwiderstand mit dem positiven Potential V+ bzw. AN+ des Gleichspannungsanschlusses GA verbindet.
Eine weitere Möglichkeit ist es, den Heizwiderstand, in diesem Fall Heizwiderstand H7, zwischen einem Verbindungspunkt VP3 einer Halbbrücke HB3 und einer Seite des dritten Schalters S3 bzw. der Konfigurationsschaltung anzuschließen. Anstatt wie mit dem Heizwiderstand H7 dargestellt den Heizwiderstand zwischen einem Verbindungspunkt VP3 bzw. einer Wechselspannungsphase einer Halbbrücke und der Konfigurationsschaltung anzuschließen, kann ein Heizwiderstand auch zwischen einer anderen Wechselspannungsphase (Verbindungspunkt VP1 oder VP2) einer anderen Halbbrücke HB1, HB2 und der Konfigurationsschaltung angeschlossen sein. Zudem ist es möglich, einen derartigen Heizwiderstand an die Seite des dritten Schalters S3 anzuschließen, die über den ersten Kondensator C1 mit dem positiven Potential AN+ des Gleichspannungsanschlusses GA verbunden ist.
An den Gleichspannungsanschluss GA lässt sich direkt ein Akkumulator anschließen, oder ein Fahrzeugbordnetz oder auch Gleichspannungswandler, welche zu einem Akkumulator führen. Parallel zu den Kapazitäten C1 und C2 können jeweils eine Arbeitsinduktivität und einen Arbeitsschalter eines Gleichspannungswandlers vorgesehen sein, die zusammen mit den jeweiligen Kondensator C1, C2 einen Gleichspannungswandler bilden. Der Gleichspannungswandler kann galvanisch isolierend oder galvanisch leitend ausgebildet sein. Die betreffenden Gleichspannungswandler sind vorzugsweise in gleicher Weise ausgebildet, können jedoch auch verschieden ausgebildet sein, wobei jedoch vorzugsweise die Kondensatoren C1 und C2 die Zwischenkreiskondensatoren von verschiedenen Wandlern sind, die sich mittels der Konfigurationsschaltung miteinander parallel oder seriell konfigurieren lassen. Diese Konfiguration bezieht sich auf die Eingänge der Gleichspannungswandler. Auch die Kondensatoren C1 und C2 können gleichartig ausgebildet sein und insbesondere den selben Kapazitätsnennwert aufweisen.

Claims

Lade- und Heizschaltung (LS) mit einem Wechselspannungsanschluss (WA), einem Gleichspannungsanschluss (GA) und einem Gleichrichter (HB1 - HB3, DH), der zwischen dem Wechselspannungsanschluss (WA) und dem Gleichspannungsanschluss (GA) angeschlossen ist, wobei die Lade- und Heizschaltung (LS) ferner eine Heizwiderstand (H1 - H7) aufweist, der mit dem Gleichrichter verbunden ist und dadurch der Gleichrichter eingerichtet ist, den Heizwiderstand (H1 - H7) mit Strom zu versorgen.
Lade- und Heizschaltung (LS) nach Anspruch 1, wobei der Heizwiderstand (H1 - H3) an einem Eingang des Gleichrichter (HB1 - HB3, DH) angeschlossen ist, der mit dem Wechselspannunganschluss (WA) verbunden ist, oder der Heizwiderstand (H7) an einem Ausgang des Gleichrichters (HB1 - HB3, DH) angeschlossen ist, der mit dem Gleichspannungsanschluss (GA) verbunden ist, oder der Heizwiderstand (H4 - H6) einen Eingang des Gleichrichters (HB1 - HB3, DH) mit einem Ausgang des Gleichrichters (HB1 - HB3, DH) verbindet.
Lade- und Heizschaltung (LS) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Heizwiderstand (H1 - H7) über einen Schalter (A1 - A7) mit dem Gleichrichter (HB1 - HB3, DH) verbunden ist.
Lade- und Heizschaltung (LS) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Heizwiderstand (H1, H2) zwischen verschiedenen Phasen (P1 - P3) des Wechselspannungsanschlusses (WA) angeschlossen ist, der Heizwiderstand (H3) zwischen einer Phase (P1 - P3) des Wechselspannungsanschlusses (WA) und einem Neutralleiteranschluss (NK) des Wechselspannungsanschlusses (WA) angeschlossen ist, oder der Heizwiderstand (H4, H5, H6) zwischen einer Phase (P1 - P3) des Wechselspannungsanschlusses (WA) und dem Gleichspannungsanschluss (GA) angeschlossen ist.
Lade- und Heizschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Gleichspannungsanschluss (GA) und dem Gleichrichter (HB1 - HB3, DH) zwei Kondensatoren (C1, C2) und eine Konfigurationsschaltung (S1 - S3) vorgesehen sind, wobei die Konfigurationsschaltung (S1 - S3) eingerichtet ist, die Kondensatoren (C1, C2) wahlweise parallel oder seriell miteinander zu verbinden, und der Heizwiderstand (H7) zwischen einer Wechselspannungsphase (VP3) einer Halbbrücke des Gleichrichters und einem Konfigurationsschalter (S3) der Konfigurationsschaltung (S1 - S3) angeschlossen ist, oder der Heizwiderstand (H5, H6) direkt oder über einen Auswahlschalter (W1, W2) mit einem Konfigurationsschalter (S3) der Konfigurationsschaltung angeschlossen ist, der die Kondensatoren (C1, C2) schaltbar miteinander verbindet und der ferner diese Konfigurationsschaltung (S1 - S3) mit einer Phase des Wechselspannungsanschlusses (WA) verbindet.
Lade- und Heizschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gleichrichter mehrere steuerbare Halbbrücken (HB1 - HB3) aufweist, die jeweils zwei Schaltelemente aufweisen, welche über einen Verbindungspunkt (VP1 - 3) miteinander verbunden sind, der die Wechselspannungsphase der betreffenden Halbbrücke bildet, und wobei zwischen den Wechselspannungsphasen der Halbbrücken (HB1 - HB3) und den Phasen (P1 - P3) des Wechselspannungsanschlusses Seriell-Induktivitäten L1 - L3 vorgesehen sind.
Lade- und Heizschaltung (LS) nach Anspruch 6, wobei die Halbbrücken (HB1 - HB3) eine positive Stromschiene (V+) und eine negative Stromschiene (V-) miteinander verbinden.
Lade- und Heizschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gleichrichter eine Diodenbrücke (DH) aufweist, die zwei seriell über einen Verbindungspunkt (VD) miteinander verbundene Dioden (D1, D2) aufweist, wobei ein Neutralleiterkontakt (NK) des Wechselspannungsanschlusses (WA) direkt mit dem Verbindungspunkt (VD) der Diodenbrücke (DH) verbunden ist.
Fahrzeugbordnetz mit einer Lade- und Heizschaltung (LS) nach einem der vorangehenden Ansprüche und einem Akkumulator, der direkt oder indirekt mit dem Gleichspannungsanschluss (GA) der Lade- und Heizschaltung (LS) verbunden ist.
Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 9, wobei der Akkumulator über zwei Gleichspannungswandler mit dem Gleichspannunganschluss (GA) der Lade- und Heizschaltung (LS) verbunden ist, wobei die Gleichspannungswandler Zwischenkreiskondensatoren (C1, C2) aufweisen, die von Kondensatoren der Lade- und Heizschaltung (LS) gebildet werden und die Lade- und Heizschaltung (LS) eine Konfigurationsschaltung (S1 - S3) aufweist, die eingerichtet ist, die Zwischenkreiskondensatoren (C1, C2) bzw. Eingänge der Gleichspannungswandler auswählbar parallel oder seriell miteinander zu verbinden.